植物の微量要素吸収・アミノ酸キレートとは? Vol.1（全4回）

チュートリアル更新日：2024年5月21日

当記事では、YouTubeチャンネル「味の素グループアミノ酸肥料ch」で公開されている動画「【科学的/徹底解説】農業におけるアミノサイエンスvol.1　キレート材としてのアミノ酸　目から鱗の作用メカニズムを全公開　スペイン技術者が科学的見地からの徹底解説」の内容をテキスト化してご案内しています。

バイオスティミュラントは植物の生理的プロセスに貢献し栄養吸収をサポートする製品ですが、その一種であるキレート剤、そしてアミノ酸キレートが今回の大きなテーマです。

植物は、光合成や根から必要な栄養素を吸収し、代謝活動を効率的に活性化することで大きく成長していきます。それには、栄養分がどのような形態で供給されるのかが重要なポイントとなります。

供給された栄養素が効率よく吸収され、表皮を通じて植物全体に運ばれるためには栄養分自体が水に溶けている必要があります。そのため、栄養素の吸収を助けるバイオスティミュラントとして、水溶液状のキレート剤が広く施用されてきました。

これまで、キレート剤として機能する新しい合成物質の研究開発は広くおこなわれてきました。しかし、自然界にはもともとキレート剤として働く物質が存在しています。その代表的なものがアミノ酸です。

アミノ酸は植物の栄養代謝において、なくてはならない要素です。科学界では日々キレート剤の開発がおこなわれていますが、一方で自然界の植物はアミノ酸をキレート剤として活用している可能性があるのです。

キレート剤で栄養素を供給する場合は、どれほどの量が植物内を循環し各器官に運ばれるのか、すなわち生物学的利用能が重要なカギとなります。そして、キレート可能な栄養素はキレート形で提供するのが望ましいと考えられています。

つまり、アミノ酸をキレート剤とし、バイオスティミュラントとして与えることで、キレートされた栄養素とアミノ酸の両方の効果が期待できるのです。そこで、今回はアミノ酸キレート剤を題材に、キレートの基礎知識や種類、塩類との違いなどを科学的証拠に基づいて詳しく解説します。

また、テクノケミカル製品のうち、カルシウムに関連する「テクノケミカルアミノCab」や微量要素配合の「テクノケミカルMix」に関する有益な情報もお伝えしますので、テクノケルアミノシリーズ製品の使用を検討している方や、既にシリーズ製品を使用している方はぜひ参考にしてください。

【この記事で紹介されるバイオスティミュラント】

テクノケルアミノCabとテクノアミノMix製品の紹介

まずはじめにテクノケルアミノCabとテクノアミノMixについて簡単に紹介します。どちらも栄養素の吸収を効率良くするアミノ酸キレート剤で、バイオスティミュラント製品です。

バイオスティミュラントは植物の生理学プロセスに貢献する要素であり、植物に定期的に与えることで、成長促進による品質向上や収量増加といった効果が期待できます。また、バイオスティミュラント製品によっては環境ストレスからの保護や、ストレス症状の改善を促す作用を発揮します。

バイオスティミュラント製品のなかでも、テクノケルアミノCabとテクノケルアミノMixはアミノ酸キレート剤の作用である栄養素の効率的な吸収、および生育サポートを使用目的とする製品です。

注：ホウ素は、キレート化されない栄養素であり、テクノケルアミノCaBにおいても、カルシウムと共に配合されたホウ素はキレート化されていません。しかし、特定の条件下では、ホウ素を含む複合体が植物による栄養素の吸収をサポートする役割を果たします。このプロセスは、キレート化とは異なるものの、栄養素が植物細胞により効率的に取り込まれることを促進する重要な機構です。

テクノケルアミノCaBとは

テクノケルアミノCaBは、細胞壁の合成に重要なカルシウムとホウ素を配合したアミノ酸キレート剤です。カルシウムを遊離アミノ酸でキレート化することにより吸収率を高め、欠乏症状を抑えます。またホウ素は花粉管の伸長をサポートし、着果を向上させます。

テクノケルアミノCaBの利点は以下のとおりです。

カルシウムとホウ素の補給
葉や果実の品質維持
葉先の枯れや尻腐れなどの欠乏症対策
着果率の向上
収量および品質の向上

テクノケルアミノCaBの成分であるカルシウムやホウ素は、細胞壁の素材となる要素の一種です。カルシウムは細胞壁をつなぐ構成要素として機能します。また、ホウ素はペクチンと架橋して柔軟性を持たせ、構造を安定化させる役割をもつ栄養素です。葉や果実の成長時には盛んに細胞が作られるため、多量のカルシウム、および相対的には量は少ないもののホウ素の両方を例外なく必要とします。

そのため、カルシウムが不足していると葉や果実に影響を及ぼします。特に着果初期の段階でカルシウム欠乏に陥りやすく、ひどくなると果実の裂果や尻腐れ病といった、欠乏症状を引き起こす可能性が高まります。

こうした症状を避けるためにも、カルシウムやホウ素が効率よく吸収されやすいテクノケルアミノ酸CaBを施用し、欠乏症の予防と細胞組織の生成をサポートすることが効果的です。

製品情報
製品名	テクノケルアミノCaB
保証成分（カッコ内はその他成分)	窒素全量8.0％内アンモニア性窒素1.0% 硝酸性窒 4.0％水溶性石灰8.0％水溶性ほう素0.35％ (遊離アミノ酸5%)
施用方法	葉面散布：10aあたり200～300mℓ、500～1,000倍程度に希釈して施用
対象作物	葉菜類（キャベツ、ブロッコリーなど）、果菜類（トマト、イチゴなど）、果樹類（リンゴ、ブドウなど）
施用例	・果菜類、果樹：着果初期～肥大初期に10aあたり200～300mℓを希釈して葉面散布・葉菜類：定植後～肥大期に10aあたり200～300mℓを希釈して葉面散布・作物全般：欠乏症状時に10aあたり300mℓを希釈して葉面散布

テクノケルアミノMixとは

テクノケミカルアミノMixは、さまざまな微量要素を含んだオールインワンのアミノ酸キレート製品です。その植物にいま不足している栄養素を特定できない場合に施用する製品として開発されました。複数の栄養素を含むバイオスティミュラントを施用することで、植物が必要とする要素を広くカバーし、微量要素欠乏によるストレス耐性強化や生育自体をサポートします。

テクノケルアミノMixを使用する利点は以下のとおりです。

微量要素欠乏の予防
品質向上、収量増加

テクノケルアミノMixのアミノ酸キレートには、分子量が小さいため栄養素をつかむ強度が強すぎない、という特長があります。それにより、微量要素をキレートしたアミノ酸は素早く葉から吸収され、植物全体へと効率的に補給されます。

特に環境ストレスを受けている場合、微量要素が欠乏しているにも関わらず、表の症状として現れにくい傾向にあります。見た目にはこれといった症状がない場合も実は微量要素が十分でなく、成長に影響しているケースがあるのです。

また土壌からの補給では、他の肥料成分が相互に作用し、微量要素を十分に吸収できない場合もあります。そのため、土壌からの補給よりもアミノ酸キレートの葉面散布のほうがより効果的であるといえるのです。

製品情報
製品名	テクノケルアミノMix
保証成分効果発現促進剤その他	窒素全量1.2% 水溶性マンガン0.45% 水溶性ほう素 0.16% 硫酸亜鉛（亜鉛として）0.70 % 硫酸鉄（鉄として）3.45 % 硫酸銅（銅として）0.32 % モリブデン酸アンモニウム 0.1 %（モリブデンとして）遊離アミノ酸5%
施用方法	葉面散布：10aあたり100～200mℓ、1,000倍程度に希釈して施用
対象作物	根菜類（馬鈴薯、玉ねぎなど）葉菜類（ほうれん草、レタスなど）、果菜類（キュウリ、ピーマンなど）、果樹類（ミカンなど）
施用例	・果菜類：定植後～開花前に10aあたり100～200mℓを希釈して葉面散布・果樹類：休眠明け～開花後に10aあたり100～200mℓを希釈して葉面散布・畑作物：4-8葉期～開花前に10aあたり100～200mℓを希釈して葉面散布

アミノ酸キレートの基礎知識

それでは改めて、アミノ酸キレートの基礎知識をお伝えします。なぜアミノ酸がキレート剤として優れているのか、後半では塩とキレートの化学的な違いや、植物に与える影響について深掘りしていきます。

キレート剤とは何か

キレート剤とは、そのままでは吸収されにくい栄養素や成分を、有機酸やアミノ酸で形を変え、植物が吸収しやすい形に変える化合物のことです。キレート材は特に、土壌中で不溶性となりがちなミネラルを、植物が利用できる形に変換します。アミノ酸キレートは、アミノ酸を使用してミネラルを包み込む自然由来のキレート剤であり、植物の細胞が栄養素をより効率的に吸収するのを助けることができます。

キレートとは日本語でいう錯体のことです。錯体とは、一方の原子がもう一方の原子に電子を共有することで成立する結合状態を指します。どちらか一方の原子に完全に移動するのではなく、あくまでも原子どうしで電子を共有するため電子が架け橋となり、より強固な結合が形成されます。

電子を共有する方法は原子によって異なり、片方の原子からのみ提供されて共有する場合、あるいは両方の原子から電子を提供して結合する場合に分かれます。

共有結合についてもう少し詳しく見ていきましょう。こちらの図をご覧ください。

この図では、左の原子からもう一方の右の原子へ、2つの電子が移動し共有しています。この反応により、錯体と呼ばれる共有結合、すなわち配位共有結合が形成されています。

配位共有結合は通常のイオン結合よりも強力、かつ安定性があるのが特性です。そのため、液体化しても他の栄養素との化学反応が起きにくく、必要量をコントロールしやすいことから、葉面散布や土壌散布をおこなう際には大きなメリットとなるのです。

キレート化のプロセスを理解するためには、まずアミノ酸と金属イオンがどのように相互作用するかを理解することが重要です。具体的には、アミノ酸分子には、金属イオンを捕捉する能力を持つ特定の部分（例えば、カルボキシル基やアミノ基）が存在します。金属イオンがこれらの活性部位に接近すると、アミノ酸は金属イオンを囲むようにその構造を変化させ、金属イオンを安定な形で保持します。この複合体が「キレート」と呼ばれ、金属イオンが溶液中で自由に動き回るのではなく、アミノ酸分子によって「抱え込まれた」状態になります。この安定化された形態により、植物は金属イオンをより効率的に吸収することができます。

キレート剤の種類

キレート剤となる成分は、アミノ酸以外にも有機酸やシュウ酸など何種類も存在します。

なかでも、こちらの図にあるシュウ酸や、アミノ酸の一種であるグリシンは特に優れたキレート剤とされています。栄養素をキレートする化合物として、分子量が非常に小さくなるからです。

たとえば、シュウ酸はトマトに含まれるカルシウムと結合して、シュウ酸カルシウムを形成する中心的な成分です。またグリシンは銅と結合することで、細胞内で機能するグリシン酸銅というキレート化合物を作り出します。

さらに、天然のキレート剤のなかには、より複雑化したものも存在します。たとえば、バクテリアが生成するキレート剤がその一つです。

アミノ酸やシュウ酸などと比べてもわかるように、複数の化合物がさらに結合して成り立っています。

バクテリアが生成した二つのキレート剤のうち、右側のキレート剤は下部でさらに鉄を強力にキレートしています。このように、キレート剤には天然のものや特性が異なるものがいくつもあるのです。

アミノ酸の特性

アミノ酸は、他のキレート剤と比較してどのような特性があるのでしょうか。アミノ酸キレート剤の特性としては以下の点が挙げられます。

金属元素との強度が低め
分子量が小さい
植物にとって毒性がない

アミノ酸は他のキレート剤に比べるとキレート強度が高く、また植物細胞が栄養素を吸収しやすいという特性があります。分子量も小さいため吸収率が良く、必要なときに必要な栄養素をすばやく植物全体に巡らせることが可能です。

そして特筆すべきは、アミノ酸と植物との相性です。本来バイオスティミュラントは植物を健康に成長させるために与えるものですが、相性が悪いと植物にとって毒性となり健康や成長を阻害してしまう可能性があります。植物の成長を促すバイオスティミュラントが毒性となってしまっては、供給する意味がなく本末転倒です。一見、優れた性能をもつキレート剤でも、正しく選ばなければ植物に有害な影響を及ぼすことがあるのです。

一方、アミノ酸は植物に対して毒性はなく、むしろ植物に必要な栄養素としてその生理的プロセスに貢献します。エネルギー代謝を活性化させたり、ストレス症状を改善・予防したりと、アミノ酸自体が植物の成長過程で重要な役割を果たします。

このように、ひと言でキレート剤といっても天然のキレート剤から合成のキレート剤まで、さまざまな種類のキレート剤が存在します。キレート剤の成分調整や特性、栄養素の組み合わせに注意しながら適切な植物に使用することが望まれます。

キレート化のメカニズム

ここでは、アミノ酸がどのように金属イオンと結合し、植物が利用しやすい形で栄養を供給するのか等、キレート化のメカニズムについて解説します。

キレートの語源は、ギリシャ語でカニの爪を指す「クレア」に由来します。キレートがまるでカニの爪のように掴んで機能する様子から、そう名付けられました。

こちらの図は、アミノ酸が金属イオンをキレートする様子を表したものです。

図の中央にある化合物がアミノ酸キレート剤です。ではアミノ酸キレート剤のそばに金属「Me⁺」を近づけてみましょう。

上部中央にある「Me⁺」が近づくとアミノ酸は形を変えて、まるで動物の手のようにしっかりと捉えています。この動きがキレート化のメカニズムそのものです。

キレート化できる金属元素

キレート化には、実は注意点が一つあります。それは、すべての金属元素をキレート化できるわけではない点です。キレート化できるものは特定の金属元素に限られており、原子価が2以上の金属元素のみとなります。こちらの図でいえば、グレーに色分けされている栄養素です。

たとえば左の赤い範囲内にあるナトリウムやカリウムは原子価が1のため、キレート化されません。カリウムはキレート化される性質がないため、塩として結合したり異なる種の錯体を形成したり、別の化合物として存在します。市場にキレート化カリウム製品が存在しないのはそのためです。

ホウ素もまた同様で、キレート化できない栄養素です。そのためホウ素の場合はキレート化とは呼ばれず、エタノールアミンで錯体化されていると表現します。

塩とキレートの化学的違いと植物の栄養に与える影響

次に、塩類について解説します。塩とキレートの化学的性質の違いをもとに、植物栄養にどのような影響を与えるのか注目してみましょう。

塩の化学的性質

塩類とは、一方の原子が他方の原子に、電子を一つ提供することで成立する化合物です。

この電子の提供をイオン結合といいますが、他の結合に比べて弱い傾向にあります。いったん他の原子と結合しても何らかの影響で成分が分離してしまい、結果的に別の原子と化学反応を起こして新たな化合物となる性質があるのです。

したがって、植物に適切に与えるには量やタイミングなどのコントロールが難しいため、葉面散布や土壌散布にはある程度見極めが必要とされています。

キレートと塩類の比較

では、キレート剤と塩類の性質を化学的結合と栄養吸収の面で比較してみましょう。

	結合と強度	栄養吸収
キレート剤	電子2個を共有して結合する。強度は比較的高め	葉の細胞から栄養要素を吸収できる
塩類	電子1個を共有して結合する。強度は弱い傾向にあるが、相性の良い物質と結合すると強固に結合するケースがある	そのままでは吸収しにくい。吸収させるには形を変える場合がある

同じ原子の化合物でも、電子の共有数によって結合の強度が変わります。キレート剤は2個分の電子を結合しているため、その分、塩類より強固になる特性があります。ほかの栄養成分と結合しても安定性があるため、簡単には分離しません。

そのため、植物への栄養補給もスムーズにおこなえる点から、葉面散布や土壌散布に向いています。一方、塩類の場合は結合の強度がそれほど強くないため、植物が吸収する前に分離してしまい別の化合物となる可能性があります。そうなれば、塩類を散布しても植物内部にまで栄養が吸収されにくくなり、本来の役割を果たせません。栄養吸収のサポートという目的で考えれば、非効率なものとなります。

結合の強さによって栄養の吸収率に差が生まれるため、用途や植物によってキレート剤と塩類を使い分けるのが望ましいでしょう。

植物への影響

キレート化された栄養素と塩類とでは、供給される栄養素の吸収率が異なります。それぞれの栄養素が、植物に対してどの程度吸収されるのかを以下で解説します。

こちらの図にある表をご覧ください。合成キレート剤であるEDTA、アミノ酸キレート剤、塩類を与えた際の、栄養素の浸透時間を調査した結果です。

まずはマグネシウムの浸透時間を見てみましょう。塩類の場合、マグネシウムの浸透率は塗布してから5時間後に20％まで達したものの、その後の浸透率に変化はありませんでした。つまり、マグネシウムを20％浸透させるのに5時間かかり、最大浸透率は20％というわけです。

一方、合成キレート剤のEDTAは、マグネシウム20％をわずか1時間で浸透させました。さらに、アミノ酸キレートの場合は1時間もかからずに浸透したのです。

次に、カルシウムの浸透率はさらに興味深い結果となりました。カルシウムを50％浸透させるのに塩類は6日間かかるのに対し、EDTAは半分の3日間、アミノ酸キレートにいたっては2時間もかからずに50％に達したのです。

さらにマンガンの場合、浸透率50％に向けて塩類を使用した場合は2日、EDTAは1日となりましたが、アミノ酸キレートマンガンを適用したケースでは、3時間未満で50％を達成しました。

鉄に関しても同様です。塩類が2日後、EDTAが1日後と時間がかかるのに対し、アミノ酸はたったの2時間未満で成し遂げたのです。

塩類やEDTAに比べ、アミノ酸キレートの浸透率の高さは突出しており、ろ過のスピードも極めて早いことがわかります。以上の結果から、植物に栄養を素早く効率的に吸収させるにはアミノ酸キレートが最適といえるのです。

注：アミノ酸キレート剤と合成キレート剤を比較する際には、それぞれが特定の状況や植物の種類によって異なる効果を発揮することを理解することが重要です。例えば、高いpH値を持つ土壌では、EDTAのような合成キレート剤が特定のミネラルの可溶化において優れています。

まとめ

今回は、アミノ酸キレート剤の役割を備えたバイオスティミュラント製品「テクノケルアミノCaB」と「テクノケルアミノMix」の製品紹介、およびキレートの基礎知識について解説しました。

キレートとは、特定の金属元素を掴み結合する仕組みのことを指しており、アミノ酸をはじめ何種類ものキレート剤が存在します。そのなかでもアミノ酸キレート剤は、分子量が小さくキレート強度も適切なことから、植物における吸収効率が良いという特性があります。塩類や合成キレート剤と比較しても、その吸収率の良さは注目に値します。

またアミノ酸自体が植物の成長に必要不可欠な要素のため、他のキレート材と比べても、より効果的な成長促進を期待できます。

次回Vol.2では、キレートの重要性とアミノ酸のメリットについてさらに深掘りします。事例を紹介しながら、アミノ酸キレート利用の効果や施用方法について、具体的にお伝えしていきます。